(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211382412.7 (22)申请日 2022.11.07 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 宫勇吉　翟朋博　杨智林　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 霍苗 (51)Int.Cl. H01M 10/0565(2010.01) H01M 10/42(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种固体聚合物电解质及其制备方法和应 用 (57)摘要 本发明涉及固体电解质技术领域， 尤其涉及 一种固体聚合物电解质及其制备方法和应用。 本 发明提供的固体聚合物电解质， 包括聚合物电解 质、 双三氟甲磺酰亚胺锂和二维材料纳米片； 所 述聚合物电解质 包括六氟丙烯和偏二氟乙烯共 聚物或聚氧化乙烯； 所述固体聚合物电解质的厚 度为30～100μm。 所述固体聚合物电解质在30～ 100μm的厚度下具有较高的机械强度和稳定的 电极/电解质界面层。 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 CN 115548434 A 2022.12.30 CN 115548434 A 1.一种固体聚合物电解质， 其特征在于， 包括 聚合物电解质、 双三氟甲磺酰亚胺锂和二 维材料纳米片； 所述聚合物电解质包括六氟丙烯和偏二氟乙烯共聚物或聚氧化乙烯； 所述固体聚合物电解质的厚度为3 0～100 μm。 2.如权利要求1所述的固体聚合物电解质， 其特征在于， 当所述 聚合物电解质包括六氟 丙烯和偏二氟乙烯共聚物 时， 所述聚合物电解质、 双三氟甲磺酰亚胺锂和二维材料纳米片 的质量比为(5～8)： (3～8)： (0.2 ～0.8)； 当所述聚合物电解质包括聚氧化乙烯时， 所述聚合物电解质、 双三氟甲磺酰亚胺锂和 二维材料纳米片的质量比为(5～8)： (2 ～5)： (0.2 ～0.8)。 3.如权利要求1所述的固体聚合物电解质， 其特征在于， 当所述 聚合物电解质包括六氟 丙烯和偏二氟乙烯共聚物 时， 所述聚合物电解质、 双三氟甲磺酰亚胺锂和二维材料纳米片 的质量比为(6～7)： (5～7)： (0.4～0.6)； 当所述聚合物电解质包括聚氧化乙烯时， 所述聚合物电解质、 双三氟甲磺酰亚胺锂和 二维材料纳米片的质量比为(6～7)： (3～4)： (0.4～0.6)。 4.如权利要求1～3任一项所述固体聚合物电解质， 其特征在于， 所述二维材料纳米片 包括二维氮化硼纳米片、 二维石墨相氮化碳纳米片、 二维氟化石墨烯纳米片和二维二硫化 钼纳米片中的一种或几种。 5.权利要求1～4任一项所述固体聚合物电解质的制备方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 将聚合物电解质、 双三氟甲磺酰 亚胺锂和二维材 料纳米片分散液混合， 得到浆料； 将所述浆料依次进行涂膜和真空烘干， 得到所述固体聚合物电解质。 6.如权利要求5所述的制备方法， 其特征在于， 所述二维材料纳米片分散液的浓度为2 ～10mg/mL。 7.如权利要求5所述的制备 方法， 其特 征在于， 所述混合在搅拌的条件下进行； 所述搅拌的转速为 400～1600rpm， 时间为12 ～36h。 8.如权利 要求5所述的制备方法， 其特征在于， 所述真空烘干的温度为50～120℃， 时间 为24h。 9.权利要求1～4任一项所述固体聚合物电解质或权利要求5～8任一项所述制备方法 制备得到的固体聚合物电解质在锂电池中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115548434 A 2一种固体聚合物电解质及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及固体电解质技术领域， 尤其涉及一种固体聚合物电解质及 其制备方法 和应用。 背景技术 [0002]开发基于先进固体电解质、 高压正极和锂金属负极的固态锂电池(SS LB)作为实现 高能量密度和解决当前基于可燃物的锂离子电池安全问题的解决方案已被广泛关注。 与无 机陶瓷电解质相比， 固体聚合物电解质(SPEs)以其高柔韧性、 易扩展性和低成本而受到广 泛关注。 机械性能和 低锂离子电导率限制了它们的大规模实际应用。 例如， 可以通过聚合物 链的局部驰豫和分段运动来转移锂离子的聚(环氧乙烷)(PE O)基电解质在室温下通常表现 出约10‑7到10‑6S·cm‑1的低离子电导率。 相对较低的杨氏模量(～ 10‑3MPa)使得他们即使在 低于0.3mA ·cm‑2的小电流密度下也很容易被锂枝晶刺穿， 从而导致循环时间短。 此外， PEO 将在约4.0V与Li/Li+(PEO/LiTFSI电解质为3.57V)下发生氧化和分解， 使其难以匹配高压 NCM正极。 虽然室温下的Li ‑PEO基电解质的离子电导率可以通过添加惰性或活性填料来提 高， 但机械性能和电化学稳定性的内在缺陷仍然限制 了全电池的能量密度和循环寿命。 二 氟化物(PVDF)基电解质具有较高的机械性能(强度高)、 热稳定性好和电化学窗口宽。 锂盐 与残留溶剂之间的强相互作用形成的溶剂化分子可以通过聚合物链快速传输， 这赋予了 PVDF基电解质相对较高的室温锂离子电导率。 六氟丙烯与偏二氟乙烯(PVDF ‑HFP)的共聚可 以提高聚合物链的流动性， 进一步提高锂离子的电导率。 然而， 仍然存在一些问题阻碍了 PVDF基电解质的实际应用： 首先， 与可以形成致密且无空隙的薄膜的聚合物(如PEO)不同， PVDF或PVDF ‑HFP基体由微型球形颗粒组成， 颗粒之间形成空隙。 这些空隙可能会降低机械 强度并导致锂离子通量分布不均匀， 导致锂枝晶生长失控； 其次， 与锂金属负极匹配时， 溶 剂化分子与锂之间会发生副反应， 特别是在负还原电位下， 会导致固体电解质界面(S EI)不 稳定， 界面电阻增加。 此外， N， N ‑二甲基甲酰胺(DMF)和N ‑甲基吡咯烷酮(NMP)等残留溶剂在 高电位下继续分解， 产生大量副产物， 导致高压正极容量快速衰减。 为解决这些问题付出了 巨大的努力， 例如， 将SiO2纳米颗粒、 坡缕石纳米线和玻璃纤维膜掺入PVDF基电解质中， 可 改善机械性能并抑制锂枝晶生长。 然而， 这些添加剂的离子绝缘特性不可避免地导致Li+通 量分布不均匀， 阻碍形成稳定的电极/电解质界面。 引入Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12(LLZTO)、 Li0.33La0.56TiO3‑x(LLTO)、 Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(LATP)等锂离子导电活性填料可以提高电阻 锂枝晶并增加锂离子电导率， 但这些添加剂可能会在电极/电解质界面引起反应。 这些陶瓷 氧化物电解质的碱性表 面可以促进PVDF聚合物的脱氟化氢， 从而对基于PVDF的电解质产生 复杂的影响。 已采用调整锂盐类型和浓度的方法来构建稳定的界面层。 然而， 聚合物电解质 膜的机械强度随着锂盐浓度的增加而降低。 增加聚合物电解质的厚度(通常>100 μm)是提高 机械性能的常用方法， 但这无疑会降低锂离子电导率和电池的能量密度。 根据Janek等人 (Randau,S.,Weber,D.A., O.et al.Bench marking the performance  ofall‑solid‑ state lithium batteries.Nat.Energy  2020,5,259.)要 求固体电解质的厚度小于50 μm才说　明　书 1/6 页 3 CN 115548434 A 3